통합 에너지 저장 및 전환을 위한 지속가능하고 고성능 소재의 개발은 증가하는 에너지 수요에 대응하고 환경을 보호하기 위해 필수적이다. 본 연구는 해조류 유래 활성탄(SWAC)을 전략적으로 활용하여, 그 고유한 질소-풍부 조성을 기반으로 전기화학적 에너지 저장 및 물 전기분해 응용에 모두 적합한 이원자(heteroatom) 도핑 다공성 구조를 제조하는 방식을 제시한다. 간단한 활성화 및 기능화 공정을 사용하여, 넓은 비표면적과 가교 결합된 기공 구조를 갖는 질소가 풍부한 SWAC을 합성하였다. 해당 소재는 전기화학적 에너지 저장 및 전환 응용 모두에서 유리한 성능을 보였다. 최적화된 활성탄은 3전극 구성에서 최대 549.7 F g⁻1의 뛰어난 비정전용량을 달성하였고, 1.0 A g⁻1에서 대칭 슈퍼커패시터 장치에서 224.2 F g⁻1를 유지하였다. 또한 18,000 사이클 후에도 94%에 이르는 우수한 장기 사이클 안정성을 나타내었다. 더 나아가, SWAC-800 전극(800 ℃에서 소성)은 전류밀도 10 및 100 mA cm⁻2에서 각각 수소발생반응(HER) 과전압 170 및 268 mV, 산소발생반응(OER) 과전압 315 및 373 mV를 보이는 강한 이중기능(바이펑셔널) 무금속 전기촉매 성능을 나타냈다. 50 mA cm⁻2에서 정전류법 기반의 분극 안정성은 50 h 동안 유지되었다. 이러한 결과는 해조류를 매우 효과적인 바이오매스 전구체로서 입증할 뿐만 아니라, 그로부터 얻어진 소재를 차세대 슈퍼커패시터 및 친환경 수소 생산 시스템을 위한 다목적이며 환경 친화적인 전기촉매로 자리매김하게 한다.

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